步步高二轮复习资料通用版专题5化学反应与能量.docx

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步步高二轮复习资料通用版专题5化学反应与能量

[考纲要求]　1.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。

2.了解化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。

3.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。

4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。

了解化学在解决能源危机中的重要作用。

5.了解焓变（ΔH）与反应热的含义。

6.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。

7.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

8.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

9.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

考点一　化学能与热能

（一）反应热及其表示方法

1.理解化学反应热效应的两种角度

（1）从微观的角度说，是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值，如下图所示：

a表示旧化学键断裂吸收的能量；

b表示新化学键形成放出的能量；

c表示反应热。

（2）从宏观的角度说，是反应物自身的能量与生成物能量的差值，在上图中：

a表示活化能；

b表示活化分子结合成生成物所释放的能量；

c表示反应热。

2.反应热的量化参数——键能

反应热与键能的关系：

反应热：

ΔH＝E1－E2或ΔH＝E4－E3，即ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。

3.反应热的表示方法——热化学方程式

热化学方程式书写或判断的注意事项。

（1）注意ΔH的符号和单位：

ΔH的单位为kJ·mol－1。

（2）注意测定条件：

绝大多数的反应热ΔH是在25℃、101kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。

（3）注意热化学方程式中的化学计量数：

热化学方程式化学计量数可以是整数，也可以是分数。

（4）注意物质的聚集状态：

气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。

热化学方程式中不用“↑”和“↓”。

（5）注意ΔH的数值与符号：

如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。

逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。

（6）对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态外，还要注明物质的名称。

如：

①S（单斜，s）＋O2（g）===SO2（g）

ΔH1＝－297.16kJ·mol－1

②S（正交，s）＋O2（g）===SO2（g）

ΔH2＝－296.83kJ·mol－1

③S（单斜，s）===S（正交，s）

ΔH3＝－0.33kJ·mol－1

（二）盖斯定律及其应用

1.定律内容

一定条件下，一个反应不管是一步完成，还是分几步完成，反应的总热效应相同，即反应热的大小与反应途径无关，只与反应的始态和终态有关。

2.常用关系式

热化学方程式

焓变之间的关系

aA===B　ΔH1

A===

B　ΔH2

ΔH2＝

ΔH1或

ΔH1＝aΔH2

aA===B　ΔH1

B===aA　ΔH2

ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2

1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）

如图表示燃料燃烧反应的能量变化（×）

（2016·江苏，10A）

（2）在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。

该反应中化学能全部转化为热能（×）

（2015·江苏，4D）

（3）催化剂能改变反应的焓变（×）

（2012·江苏，4B）

（4）催化剂能降低反应的活化能（√）

（2012·江苏，4C）

（5）同温同压下，H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH不同（×）

（6）500℃、30MPa下，将0.5molN2（g）和1.5molH2（g）置于密闭容器中充分反应生成NH3（g），放热19.3kJ，其热化学方程式为N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH＝－38.6kJ·mol－1（×）

2.（2016·海南，6）油酸甘油酯（相对分子质量884）在体内代谢时可发生如下反应：

C57H104O6（s）＋80O2（g）===57CO2（g）＋52H2O（l）

已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ，油酸甘油酯的燃烧热ΔH为（　　）

A.3.8×104kJ·mol－1B.－3.8×104kJ·mol－1

C.3.4×104kJ·mol－1D.－3.4×104kJ·mol－1

答案　D

3.[2015·海南，16（3）]由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示，若生成1molN2，其ΔH＝________kJ·mol－1。

答案　－139

4.

（1）[2015·浙江理综，28

（1）]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

已知：

化学键

C—H

C—C

C==C

H—H

键能/kJ·mol－1

412

348

612

436

计算上述反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

答案　124

解析　设“

”部分的化学键键能为akJ·mol－1，则ΔH＝（a＋348＋412×5）kJ·mol－1－（a＋612＋412×3＋436）kJ·mol－1＝124kJ·mol－1。

（2）[2015·全国卷Ⅰ，28（3）]已知反应2HI（g）===H2（g）＋I2（g）的ΔH＝＋11kJ·mol－1,1molH2（g）、1molI2（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为____________kJ。

答案　299

解析　形成1molH2（g）和1molI2（g）共放出436kJ＋151kJ＝587kJ能量，设断裂2molHI（g）中化学键吸收2akJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299。

[另解：

ΔH＝2E（H—I）－E（H—H）－E（I—I），2E（H—I）＝ΔH＋E（H—H）＋E（I—I）＝11kJ·mol－1＋436kJ·mol－1＋151kJ·mol－1＝598kJ·mol－1，则E（H—I）＝299kJ·mol－1。

]

利用键能计算反应热，要熟记公式：

ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，其关键是弄清物质中化学键的数目。

在中学阶段要掌握常见单质、化合物中所含共价键的数目。

原子晶体：

1mol金刚石中含2molC—C键，1mol硅中含2molSi—Si键，1molSiO2晶体中含4molSi—O键；分子晶体：

1molP4中含有6molP—P键，1molP4O10（即五氧化二磷）中含有12molP—O键、4molP==O键，1molC2H6中含有6molC—H键和1molC—C键。

5.

（1）[2017·天津，7（3）]0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28kJ，该反应的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

（2）[2015·天津理综，7（4）]随原子序数递增，八种短周期元素（用字母x等表示）原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如下图所示。

根据判断出的元素回答问题：

已知1mole的单质在足量d2中燃烧，恢复至室温，放出255.5kJ热量，写出该反应的热化学方程式：

____________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）晶体硅（熔点1410℃）是良好的半导体材料。

由粗硅制纯硅过程如下：

Si（粗）

SiCl4

SiCl4（纯）

Si（硅）

写出SiCl4的电子式：

________________；在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量，写出该反应的热化学方程式：

__________________________________

________________________________________________________________________。

（4）[2015·安徽理综，27（4）]NaBH4（s）与水（l）反应生成NaBO2（s）和氢气（g），在25℃、101kPa下，已知每消耗3.8gNaBH4（s）放热21.6kJ，该反应的热化学方程式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）2Cl2（g）＋TiO2（s）＋2C（s）===TiCl4（l）＋2CO（g）

ΔH＝－85.6kJ·mol－1

（2）2Na（s）＋O2（g）===Na2O2（s）

ΔH＝－511kJ·mol－1

（3）

　SiCl4（g）＋2H2（g）

Si（s）＋4HCl（g）　ΔH＝＋0.025akJ·mol－1

（4）NaBH4（s）＋2H2O（l）===NaBO2（s）＋4H2（g）

ΔH＝－216kJ·mol－1

热化学方程式书写易出现的错误

（1）未标明反应物或生成物的状态而造成错误。

（2）反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出“＋”号，放热反应未标出“－”号，从而导致错误。

（3）漏写ΔH的单位，或者将ΔH的单位写为kJ，从而造成错误。

（4）反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。

（5）对燃烧热、中和热的概念理解不到位，忽略其标准是1mol可燃物或生成1molH2O（l）而造成错误。

6.

（1）[2018·北京，27

（1）]近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。

过程如下：

反应Ⅰ：

2H2SO4（l）===2SO2（g）＋2H2O（g）＋O2（g）

ΔH1＝＋551kJ·mol－1

反应Ⅲ：

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH3＝－297kJ·mol－1

反应Ⅱ的热化学方程式：

____________________________________________________。

答案　3SO2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）＋S（s）　ΔH2＝－254kJ·mol－1

解析　由题图可知，反应Ⅱ的化学方程式为3SO2＋2H2O

2H2SO4＋S↓。

根据盖斯定律，反应Ⅱ＝－（反应Ⅰ＋反应Ⅲ）可得：

3SO2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）＋S（s）　ΔH2＝－254kJ·mol－1。

（2）[2018·江苏，20

（1）]用水吸收NOx的相关热化学方程式如下：

2NO2（g）＋H2O（l）===HNO3（aq）＋HNO2（aq）

ΔH＝－116.1kJ·mol－1

3HNO2（aq）===HNO3（aq）＋2NO（g）＋H2O（l）

ΔH＝75.9kJ·mol－1

反应3NO2（g）＋H2O（l）===2HNO3（aq）＋NO（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

答案　－136.2

解析　将题给三个热化学方程式依次编号为①、②和③，根据盖斯定律可知，③＝（①×3＋②）/2，则ΔH＝（－116.1kJ·mol－1×3＋75.9kJ·mol－1）/2＝－136.2kJ·mol－1。

（3）[2018·全国卷Ⅰ，28

（2）①]已知：

2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4kJ·mol－1

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3kJ·mol－1

则反应N2O5（g）===2NO2（g）＋

O2（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

答案　＋53.1

解析　令2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4kJ·mol－1　a

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3kJ·mol－1　b

根据盖斯定律，a式×

－b式可得：

N2O5（g）===2NO2（g）＋

O2（g）　ΔH＝＋53.1kJ·mol－1。

（4）[2018·全国卷Ⅲ，28

（2）]SiHCl3在催化剂作用下发生反应：

2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

ΔH1＝48kJ·mol－1

3SiH2Cl2（g）===SiH4（g）＋2SiHCl3（g）

ΔH2＝－30kJ·mol－1

则反应4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH为________kJ·mol－1。

答案　114

解析　将题给两个热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得：

4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g），则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48kJ·mol－1＋（－30kJ·mol－1）＝114kJ·mol－1。

（5）[2018·全国卷Ⅱ，27

（1）节选]CH4—CO2催化重整反应为CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）。

已知：

C（s）＋2H2（g）===CH4（g）　ΔH＝－75kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－394kJ·mol－1

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－111kJ·mol－1

该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

答案　247

解析　将题给三个反应依次编号为①、②、③：

C（s）＋2H2（g）===CH4（g）　ΔH＝－75kJ·mol－1①

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－394kJ·mol－1②

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－111kJ·mol－1③

根据盖斯定律，由③×2－①－②可得：

CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）

ΔH＝247kJ·mol－1。

叠加法求焓变

步骤1　“倒”

为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。

这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。

步骤2　“乘”

为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要相乘。

步骤3　“加”

上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得目标方程式，反应热也要相加。

1.下列关于反应热和热化学反应的描述中正确的是（　　）

A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则H2SO4和Ca（OH）2反应的中和热ΔH＝2×（－57.3）kJ·mol－1

B.CO（g）的燃烧热ΔH＝－283.0kJ·mol－1，则2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）反应的ΔH＝＋2×283.0kJ·mol－1

C.氢气的燃烧热ΔH＝－285.5kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O（l）

2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋285.5kJ·mol－1

D.1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热

答案　B

解析　在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态H2O时的反应热叫做中和热，中和热是以生成1mol液态H2O为基准的，A项错误；CO（g）的燃烧热ΔH＝－283.0kJ·mol－1，则CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ·mol－1，则2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－2×

283.0kJ·mol－1，逆向反应时反应热的数值相等，符号相反，B项正确；电解2mol水吸收的热量和2molH2完全燃烧生成液态水时放出的热量相等，ΔH应为＋571.0kJ·mol－1，C项错误；在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物（水应为液态）时所放出的热量是该物质的燃烧热，D项错误。

2.已知：

2NO2（g）N2O4（g）　ΔH1

2NO2（g）N2O4（l）　ΔH2

下列能量变化示意图中，正确的是______（填字母）。

答案　A

解析　等质量的N2O4（g）具有的能量高于N2O4（l），因此等量的NO2（g）生成N2O4（l）放出的热量多，只有A项符合题意。

对比法理解反应热、燃烧热与中和热

“三热”是指反应热、燃烧热与中和热，可以用对比法深化对这三个概念的理解，明确它们的区别和联系，避免认识错误。

（1）化学反应吸收或放出的热量称为反应热，符号为ΔH，常用单位为kJ·mol－1，它只与化学反应的化学计量数、物质的聚集状态有关，而与反应条件无关。

中学阶段研究的反应热主要是燃烧热和中和热。

（2）燃烧热：

在101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。

单位：

kJ·mol－1。

需注意：

①燃烧热是以1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量来定义的，因此在书写燃烧热的热化学方程式时，一般以燃烧1mol纯物质为标准来配平其余物质的化学计量数；②燃烧产物必须是稳定的氧化物，如C→CO2、H2→H2O（l）等。

（3）中和热：

在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态H2O时的反应热。

需注意：

①稀溶液是指物质溶于大量水中；②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应；③中和反应的实质是H＋和OH－化合生成H2O，即H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

（4）反应热是指反应完全时的热效应，所以对于可逆反应，其热量要小于反应完全时的热量。

3.

（1）[2017·全国卷Ⅲ，28（3）]已知：

As（s）＋

H2（g）＋2O2（g）===H3AsO4（s）　ΔH1

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH2

2As（s）＋

O2（g）===As2O5（s）　ΔH3

则反应As2O5（s）＋3H2O（l）===2H3AsO4（s）的ΔH＝________。

（2）[2017·全国卷Ⅰ，28

（2）]下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为_______________________、

________________________________________________________________________，制得等量H2所需能量较少的是________。

（3）[2016·全国卷Ⅱ，26（3）]①2O2（g）＋N2（g）===N2O4（l）　ΔH1

②N2（g）＋2H2（g）===N2H4（l）　ΔH2

③O2（g）＋2H2（g）===2H2O（g）　ΔH3

④2N2H4（l）＋N2O4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）

ΔH4＝－1048.9kJ·mol－1

上述反应热效应之间的关系式为ΔH4＝__________________________________________，

联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为_______________________________________

________________________________________________________________________。

（4）[2017·海南，14

（2）节选]已知：

①2NaOH（s）＋CO2（g）===Na2CO3（s）＋H2O（g）　ΔH1＝－127.4kJ·

mol－1

②NaOH（s）＋CO2（g）===NaHCO3（s）

ΔH2＝－131.5kJ·mol－1

反应2NaHCO3（s）===Na2CO3（s）＋H2O（g）＋CO2（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

（5）[2017·北京，26

（1）①]氯化过程：

TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。

已知：

TiO2（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（g）＋O2（g）

ΔH1＝＋175.4kJ·mol－1

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH2＝－220.9kJ·mol－1

沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4（g）和CO（g）的热化学方程式：

__________________________

______________________________________________。

（6）（2016·江苏，8）通过以下反应均可获取H2。

下列有关说法正确的是________（填字母）。

①太阳光催化分解水制氢：

2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）

ΔH1＝571.6kJ·mol－1

②焦炭与水反应制氢：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH2＝131.3kJ·mol－1

③甲烷与水反应制氢：

CH4（g）＋H2O（g）===CO（g）＋3H2（g）　ΔH3＝206.1kJ·mol－1

A.反应①中电能转化为化学能

B.反应②为放热反应

C.反应③使用催化剂，ΔH3减小

D.反应CH4（g）===C（s）＋2H2（g）的ΔH＝74.8kJ·mol－1

答案　

（1）2ΔH1－3ΔH2－ΔH3

（2）H2O（l）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝286kJ·mol－1

H2S（g）===H2（g）＋S（s）　ΔH＝20kJ·mol－1　系统（Ⅱ）

（3）2ΔH3－2ΔH2－ΔH1　反应放热量大、产生大量的气体

（4）＋135.6

（5）TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（g）＋2CO（g）

ΔH＝－45.5kJ·mol－1

（6）D

解析　

（1）令题干中三个热化学方程式分别为：

①、②、③，由盖斯定律可知①×2－②×3－③可得所求反应，故ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。

（2）令题干中的四个热化学方程式分别为

①H2SO4（aq）===SO2（g）＋H2O（l）＋

O2（g）

ΔH1＝327kJ·mol－1

②SO2（g）＋I2（s）＋2H2O（l）===2HI（aq）＋H2SO4（aq）

ΔH2＝－151kJ·mol－1

③2HI（aq）===H2（g）＋I2（s）

ΔH3＝110kJ·mol－1

④H2S（g）＋H2SO4（aq）===S（s）＋SO2（g）＋2H2O（l）

ΔH4＝61kJ·mol－1

根据盖斯定律，将①＋②＋③可得，系统（Ⅰ）中的热化学方程式：

H2O（l）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝327kJ·mol－1－151kJ·mol－1＋110kJ·mol－1＝286kJ·mol－1

同理，将②＋③＋④可得，系统（Ⅱ）中的热化学方程式：

H2S（g）===H2（g）＋S（s）　ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝－151kJ·mol－1＋110kJ·mol－1＋61kJ·mol－1＝20kJ·m